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那么原子钟究竟是什么东西,为什么能被称为卫星导航系统的心脏?
拿gps来说吧,它翻译成中文,就是全球定位系统。
而定位系统从字面上看,就是标定地球上某一个点的经纬度以及高程,但实际上呢,最重要的功能其实是授时。
说白了,就是“光速x时间=距离”。
其中光速测了几百年,已经足够精准,所以真正需要的,还是时间计算上的精准。
但时间是看不见的,所以测量时间,就需要一个事情经历一個过程,去作为最基本的标尺。
机械钟表的钟摆,就是一个典型的标尺。
早期的钟摆摆动一次,测量的最高精度是一天误差10秒之内,但这样的精度,如果用来跟光速每秒30万公里来计算,结果将会差的离谱。
于是原子钟就出现了。
原子钟就是以原子震荡,作为最基本的时间单位。
原子核外面围绕着电子,电子在不同层面上运行,如果电子吸收了一个能量,就会跳到另外一层,然后又会跳回来,并且把吸收的能量放出去,这就是一个震动的过程。
如果把能量连续的注入原子,电子就会不停的从一个能级,跳到另外一个能级,然后再跳回来,形成连续的震荡。
这种震荡精度极高,几十万年、几百万年才会有一秒的误差。
原子钟,就是利用这个原理,来实现定位解算。
因为在导航卫星搭建的星际坐标系中,每个星座都有自己的坐标信息,通过测量我们与星座间的距离,就能解算出我们在该坐标系的位置。
所以在光速已知的前提下,时间测量越精密,位置解算就会越精准。
也就是说,原子钟的精度越高,导航系统的精准度,就会越高。
这,才是原子钟被称为卫星导航系统心脏的原因!
要知道,在卫星导航系统中,1纳秒(十亿分之一秒)的时间误差,就会导致0·3米的距离误差。
因此,想要做到高精密度的时间测量,也只有原子钟能够做到。
但是原理是原理,放在实际工程制造上,面临的问题,肯定是不少的。
首先,就是如何向源自输入能量的问题,同时如何计算众多原子产生的“嘀嗒”声。
这个“嘀嗒”声,可不是普通钟表指针跳动的那种“嘀嗒”声,事实上,它只是一种电磁波形式,听不见也摸不着,只是通过微波信号处理技术输出的能量。
也就是前面讲过的,那个人为注入到电子构件里的能量,进而利用其电子跃迁发生的震荡,输出高精度的频率信号。
这就会涉及到频率稳定性、准确性、日漂移率,以及整机高信噪比信号的输出……诸如微波信号低噪声、高稳定性、温控、电磁兼容性等一系列的问题。
再次,因为原子钟最原始的输出信号,还需要经过分析跟筛选,所以,就必然会涉及到电路设计问题。
这一切综合在一起,其难度之大,也就可想而知了。
只是,这事儿放在其它人身上,是一个天大的难题。
因为在国内,在这一领域属于从无到有,在一穷二白的基础上开始的。
他们需要从立项开始,就反复的摸索,进行各种方案论证、技术攻关、实验验证,从总体方案到电路设计,都需要一再优化调整。
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